JP5511804B2 - Improved isolation system for process pressure measurement - Google Patents

Improved isolation system for process pressure measurement Download PDF

Info

Publication number
JP5511804B2
JP5511804B2 JP2011513574A JP2011513574A JP5511804B2 JP 5511804 B2 JP5511804 B2 JP 5511804B2 JP 2011513574 A JP2011513574 A JP 2011513574A JP 2011513574 A JP2011513574 A JP 2011513574A JP 5511804 B2 JP5511804 B2 JP 5511804B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
process fluid
base member
fluid pressure
diaphragm
isolation
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2011513574A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011524015A (en
Inventor
ブローデン，デヴィッド・エイ
Original Assignee
ローズマウント インコーポレイテッド
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by ローズマウント インコーポレイテッド filed Critical ローズマウント インコーポレイテッド
Publication of JP2011524015A publication Critical patent/JP2011524015A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5511804B2 publication Critical patent/JP5511804B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/0007—Fluidic connecting means
    • G01L19/0046—Fluidic connecting means using isolation membranes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00—Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/06—Means for preventing overload or deleterious influence of the measured medium on the measuring device or vice versa
    • G01L19/0627—Protection against aggressive medium in general
    • G01L19/0645—Protection against aggressive medium in general using isolation membranes, specially adapted for protection

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Description

背景
工業用プロセス圧力トランスミッタを用いて、工業用プロセス流体、たとえばスラリー、液体、化学物質中の蒸気又はガス、パルプ、石油、ガス、薬剤、食品、及び／又は他の流体処理プラントの圧力を測定する。工業用プロセス流体圧力トランスミッタは、多くの場合プロセス流体付近に、又はフィールド・アプリケーション内に配置される。多くの場合、これらのフィールド・アプリケーションは過酷で変動する環境状態にさらされ、そのようなトランスミッタの設計者に課題を与える。 Background Using industrial process pressure transmitters to measure the pressure of industrial process fluids such as slurries, liquids, vapors or gases in chemicals, pulp, petroleum, gas, pharmaceuticals, food, and / or other fluid treatment plants To do. Industrial process fluid pressure transmitters are often located near the process fluid or in field applications. In many cases, these field applications are exposed to harsh and fluctuating environmental conditions, posing challenges for designers of such transmitters.

多くのプロセス流体圧力トランスミッタの感知エレメントは、多くの場合静電容量ベースのセンサであり、可撓性の感知ダイヤフラムと、２以上の静電容量の電極とを含む。絶縁性の封入液は、多くの場合静電容量プレートとダイヤフラムとの間で用いられる。一般的に、アイソレーション・ダイヤフラムは、プロセス流体と連係し、時として粗かったり、腐食性であったり、汚れていたり、汚染されていたり、又は極度に上昇した温度であったりする可能性のあるプロセス流体が、センサ部品と接触することを防止する。一般的に、プロセス流体は、アイソレーション・ダイヤフラムに抵抗するように作用し、アイソレーション・ダイヤフラムに撓みを生じさせ、ダイヤフラムの後ろの封入液を動かすかあるいは押しのけ、それに応じて封入液はその後、圧力センサの感知ダイヤフラムを動かすかあるいは押しのける。圧力センサは、電気特性、たとえば静電容量を有し、これは印加圧力によって変化し、電気特性は、プロセス流体圧力トランスミッタ内部の測定回路によって測定されるかあるいは判定され、プロセス流体圧力に関連する出力信号が生成される。この出力信号は、既知の工業規格の通信プロトコルに従ってさらにフォーマットされ、プロセス通信ループを介して他のフィールド装置又はコントローラに送信される。   The sensing element of many process fluid pressure transmitters is often a capacitance-based sensor and includes a flexible sensing diaphragm and two or more capacitive electrodes. Insulating fill fluid is often used between the capacitance plate and the diaphragm. In general, isolation diaphragms interact with process fluids and can sometimes be rough, corrosive, dirty, contaminated, or extremely hot. A process fluid is prevented from contacting the sensor component. In general, the process fluid acts to resist the isolation diaphragm, causing the isolation diaphragm to flex, moving or pushing away the fill fluid behind the diaphragm, and the fill fluid then Move or displace the sensing diaphragm of the pressure sensor. The pressure sensor has an electrical property, eg, capacitance, which varies with the applied pressure, and the electrical property is measured or determined by a measurement circuit within the process fluid pressure transmitter and is related to the process fluid pressure. An output signal is generated. This output signal is further formatted according to known industry standard communication protocols and sent to other field devices or controllers via a process communication loop.

プロセス流体圧力トランスミッタの最新技術が進歩するに従い、感知技術及び正確さが改善されてきた。しかし、そのような装置の製造者には、依然としてより厳しい精度及び正確さを備える装置を提供することが求められている。したがって、改善された正確さ及び精度を備えるプロセス流体圧力トランスミッタを提供することは、工業用プロセス測定及び制御技術の利益となるであろう。   As the state of the art of process fluid pressure transmitters advances, sensing technology and accuracy have improved. However, manufacturers of such devices are still required to provide devices with more stringent accuracy and accuracy. Accordingly, providing a process fluid pressure transmitter with improved accuracy and precision would benefit industrial process measurement and control technology.

プロセス流体圧力トランスミッタは、圧力センサと、トランスミッタ電子機器と、アイソレーション・システムとを含む。圧力センサは、圧力によって変化する電気的特性を有する。トランスミッタ電子機器は、圧力センサに結合され、電気的特性を感知して圧力の出力を計算する。アイソレーション・システムは、ベース部材と、アイソレーション・ダイヤフラムと、封入液とを含む。アイソレーション・ダイヤフラムは、ベース部材に装着され、圧力センサとプロセス流体との間に介在する。封入液は、アイソレーション・ダイヤフラムと圧力センサとの間に配設される。ベース部材及びアイソレーション・ダイヤフラムは、アイソレーション・ダイヤフラムの熱膨張係数が、ベース部材の熱膨張係数よりも大きくなるような異なる材料から構成される。   The process fluid pressure transmitter includes a pressure sensor, transmitter electronics, and an isolation system. A pressure sensor has an electrical characteristic that varies with pressure. The transmitter electronics is coupled to a pressure sensor and senses electrical characteristics to calculate the pressure output. The isolation system includes a base member, an isolation diaphragm, and a fill fluid. The isolation diaphragm is mounted on the base member and is interposed between the pressure sensor and the process fluid. The filled liquid is disposed between the isolation diaphragm and the pressure sensor. The base member and the isolation diaphragm are made of different materials such that the thermal expansion coefficient of the isolation diaphragm is greater than the thermal expansion coefficient of the base member.

本発明の実施形態が特に適用可能であるプロセス流体圧力トランスミッタの線図である。FIG. 2 is a diagram of a process fluid pressure transmitter to which embodiments of the present invention are particularly applicable. アイソレーション・システムの一部の線図である。FIG. 3 is a diagram of a portion of an isolation system. 温度上昇に対するアイソレーション・システムの反応を図示する。Figure 3 illustrates the response of the isolation system to a temperature rise. 従来技術の、アイソレータ体積対アイソレーション・ダイヤフラム圧力のグラフである。2 is a graph of prior art isolator volume versus isolation diaphragm pressure. 本発明の一実施形態の、アイソレータ体積対アイソレーション・ダイヤフラム圧力のグラフである。4 is a graph of isolator volume versus isolation diaphragm pressure for one embodiment of the present invention. 本発明の実施形態を実践することができるプロセス流体の圧力の測定システムの線図である。1 is a diagram of a process fluid pressure measurement system in which embodiments of the present invention may be practiced. FIG. 図４のセクション線Ａ−Ａで切られた断面図であり、アイソレーション・ダイヤフラム及びベース部材を図示する。FIG. 5 is a cross-sectional view taken along section line AA of FIG. 4, illustrating an isolation diaphragm and a base member.

詳細な説明
本発明のいくつかの態様及び実施形態は、全体として、アイソレータ・システム設計の技術に支障を来たしてきた問題を一意的に認識することに起因する。具体的には、高温の工業用流体、たとえば、スチームを測定する工業用プロセス流体圧力トランスミッタは、多くの場合「安定状態」下及び過渡状態下の両方でより高い誤差を呈する。これらの測定誤差は、シングル・ダイヤフラム・アイソレータを用いて、ゲージ圧力、又は絶対圧力を測定するプロセス流体圧力測定トランスミッタによく見られる。加えて、これらの測定誤差は、リモート・シール（ダイヤフラム組立体）・システム、そして差圧測定システムにも存在する。 DETAILED DESCRIPTION Some aspects and embodiments of the present invention generally result from uniquely recognizing problems that have hindered the technology of isolator system design. Specifically, industrial process fluid pressure transmitters that measure hot industrial fluids, such as steam, often exhibit higher errors both under "steady state" and transient conditions. These measurement errors are common in process fluid pressure measurement transmitters that measure gauge pressure or absolute pressure using a single diaphragm isolator. In addition, these measurement errors are also present in remote seal (diaphragm assembly) systems and differential pressure measurement systems.

シングル・アイソレータ・ゲージ圧力又は絶対圧力トランスミッタで非常に高温のプロセス流体を測定する場合、電子機器及び温度補償式センサは、多くの場合可撓性の金属プロセス流体アイソレーション・ダイヤフラムから離れて設置される。このことは、通常の工業用電子機器が耐えることができる程度を実質的に上回るプロセス流体温度（すなわち、華氏１８５度）で測定する場合に、特に当てはまる。これらの設備では、高温のプロセスが、アイソレーション流体（たとえばシリコーン油又はＤＣ２００）及びアイソレータ・ダイヤフラムを、非常に急速に加熱する。封入液が膨張し、アイソレータ・ダイヤフラムを拡張させて、アイソレータ・ダイヤフラムが背圧（容積のばねとして作用する）を生じさせる。圧力センサは、この状態を誤差として測定する。この温度により誘発された誤差は、熱過渡システムの「周囲」の温度補正する測定システムでは完全には補償されない。   When measuring very hot process fluids with a single isolator gauge pressure or absolute pressure transmitter, electronics and temperature compensated sensors are often located away from flexible metal process fluid isolation diaphragms. The This is especially true when measuring at process fluid temperatures (ie, 185 degrees Fahrenheit) that are substantially above what conventional industrial electronics can withstand. In these installations, the high temperature process heats the isolation fluid (eg, silicone oil or DC 200) and the isolator diaphragm very rapidly. The fill liquid expands and expands the isolator diaphragm, causing the isolator diaphragm to generate back pressure (acting as a volume spring). The pressure sensor measures this state as an error. This temperature-induced error is not fully compensated for in a measurement system that compensates for the “ambient” temperature of the thermal transient system.

プロセス流体圧力トランスミッタの構成に依存して、上記の誤差は、システムが熱的安定状態に達した場合であっても存続する可能性がある。このことは、絶対圧力又はゲージ圧力の測定トランスミッタのケースに、シングル・アイソレータのリモート・シールが取り付けられている場合、往々にして発生する。高温のプロセスからの熱的アイソレーション（毛管の有無にかかわらず）を目的として、リモート・シールを付加することは、実質的な測定誤差を招く場合がある。   Depending on the configuration of the process fluid pressure transmitter, the above errors may persist even when the system reaches a thermal steady state. This often occurs when a single isolator remote seal is installed in the case of an absolute or gauge pressure measuring transmitter. Adding a remote seal for the purpose of thermal isolation (with or without capillaries) from high temperature processes can lead to substantial measurement errors.

上述の誤差は、主にゼロベースの測定誤差である。しかし、スパン（スロープ）もまた影響を受ける可能性がある。誤差が主にゼロベースであるため、より低い圧力測定は最も脆弱である。これらの誤差はまた、油又は封入液の体積及びダイヤフラムの剛性によって増大する。アイソレーション・ダイヤフラム剛性は、直径が小さくなるに従って増大するため、より小さなアイソレーション・ダイヤフラムは、より大きな誤差を生じる傾向にある。この誤差に対処するために、高温のリモート・シールについては、多くの場合大きなアイソレーション・ダイヤフラムが用いられる。   The above errors are mainly zero-based measurement errors. However, the span (slope) can also be affected. Lower pressure measurements are the most vulnerable because the error is mainly zero-based. These errors are also increased by the volume of oil or fill liquid and the stiffness of the diaphragm. Since isolation diaphragm stiffness increases with decreasing diameter, smaller isolation diaphragms tend to produce greater errors. To deal with this error, large isolation diaphragms are often used for hot remote seals.

図１Ａは、本発明の実施形態が特に適用可能であるプロセス流体圧力トランスミッタの線図である。トランスミッタ１０は、ねじ山が形成された入口を受けてプロセス流体を運び込むように構成されたプロセス流体ポート１２を含む。また、トランスミッタ１０はアイソレーション・システム１４を含み、これは図１Ｂにより詳細に図示されている。アイソレーション・システム１４は、ポート１２に存在するプロセス流体と直接接触するように構成され、図１Ａに仮想線で図示される圧力センサ１６に圧力を伝える封入液、たとえばシリコーン油、又はＭｉｄｌａｎｄ， ＭｉｃｈｉｇａｎのＤｏｗ Ｃｏｒｎｉｎｇ Ｃｏｒｏｒａｔｉｏｎより入手可能なＤＣ２００に圧力を与える。圧力センサ１６は、トランスミッタ電子機器１８によって感知される電気信号又は特性を生成する。また、トランスミッタ電子機器１８は、センサ信号に基づいてプロセス流体圧力を演算して、ワイヤ２０として概略的に図示されるプロセス通信ループを経由して、演算されたプロセス流体圧力を送信するようにさらに構成される。   FIG. 1A is a diagram of a process fluid pressure transmitter to which embodiments of the present invention are particularly applicable. The transmitter 10 includes a process fluid port 12 configured to receive a threaded inlet and carry process fluid. The transmitter 10 also includes an isolation system 14, which is illustrated in greater detail in FIG. 1B. The isolation system 14 is configured to be in direct contact with the process fluid present at the port 12, and is an encapsulated fluid, such as silicone oil, or Midland, Michigan that communicates pressure to the pressure sensor 16 illustrated in phantom in FIG. Pressure is applied to DC200 available from Dow Corning Corporation. The pressure sensor 16 generates an electrical signal or characteristic that is sensed by the transmitter electronics 18. The transmitter electronics 18 also calculates a process fluid pressure based on the sensor signal and further transmits the calculated process fluid pressure via a process communication loop schematically illustrated as a wire 20. Composed.

プロセス流体圧力トランスミッタ１０は、入口が１つのプロセス流体圧力トランスミッタ、たとえばゲージ圧力又は絶対圧力トランスミッタの一例である。他の代表的なプロセス流体圧力トランスミッタで、本発明の実施形態が特に有用なものは、差圧トランスミッタを含む。本質的に、アイソレーション・システムを用い、封入液を用いて圧力センサからプロセス流体を物理的に隔離するときはいつでも、本発明の実施形態を実践することができる。このように、リモート・シールの用途であっても、本発明の実施形態を実践することができる。   The process fluid pressure transmitter 10 is an example of a process fluid pressure transmitter with one inlet, such as a gauge pressure or absolute pressure transmitter. Other exemplary process fluid pressure transmitters, in which embodiments of the present invention are particularly useful, include differential pressure transmitters. In essence, embodiments of the present invention can be practiced whenever an isolation system is used to physically isolate the process fluid from the pressure sensor using the fill liquid. Thus, embodiments of the present invention can be practiced even for remote seal applications.

図１Ｂは、アイソレーション・システム１４の線図である。アイソレーション・システム１４は、支持ベース部材３０を含み、これは好ましくは円筒形であり、約３／４インチの直径を有する。支持ベース部材３０の構造向けの一般的な材料は、タイプ３１６ステンレス鋼である。アイソレータ・ダイヤフラム３２は、好ましくは円形であり、周縁３４の周辺で支持ベース部材３０に溶接される。アイソレータ・ダイヤフラム３２は、一般的に少なくとも１つの回旋部３６を含み、一般的には厚さおよそ１０００分の１インチ（０．００１”）である。さらに、アイソレータ・ダイヤフラム３２は、一般的に支持ベース部材３０と同じ材料で形成される。したがって、一般的に、アイソレータ・ダイヤフラム３２もまた、タイプ３１６ステンレス鋼で構成される。図１Ｂに図示されるように、プロセス流体は、アイソレータ・ダイヤフラム３２の外表面に対して当接し、アイソレーション・ダイヤフラム３２の後ろ及び通路４０内部で、封入液３８に圧力が伝えられる。通路４０は、圧力センサ１６まで延び、ここで封入液３８の圧力がセンサ１６によって測定される。   FIG. 1B is a diagram of an isolation system 14. The isolation system 14 includes a support base member 30, which is preferably cylindrical and has a diameter of about 3/4 inch. A common material for the structure of the support base member 30 is type 316 stainless steel. The isolator diaphragm 32 is preferably circular and is welded to the support base member 30 around the periphery 34. The isolator diaphragm 32 typically includes at least one convolution 36 and is typically approximately one thousandth of an inch (0.001 ") thick. In addition, the isolator diaphragm 32 is typically Formed from the same material as the support base member 30. Thus, generally, the isolator diaphragm 32 is also constructed of type 316 stainless steel, as shown in Figure 1B, the process fluid is coupled to the isolator diaphragm. 32 abuts against the outer surface of 32 and pressure is transferred to the fill fluid 38 behind the isolation diaphragm 32 and within the passage 40. The passage 40 extends to the pressure sensor 16 where the pressure of the fill fluid 38 is Measured by sensor 16.

図２は、上昇温度に対するアイソレータ・システムの反応を図示する。具体的には、温度が上がると、支持ベース部材及びアイソレータ・ダイヤフラムの両方の直径が、各自の熱膨張係数に従って増大する。加えて、アイソレータ・ダイヤフラムに近接した封入液もまた、薄い金属ダイヤフラムを通したコンダクタンスを介して、上昇した温度にさらされ、膨張する。したがって、温度が上がると、ダイヤフラムは、図の実線５０から図の仮想線５２に移動する。理解できるように、ダイヤフラムが高温のプロセス流体にさらされると、封入液が膨張してダイヤフラムを拡張させる。これによって背圧の増大が生じ、アイソレータ剛性グラフ（図３Ａ）に示されるように、第１の温度から、上昇した第２の温度まで移動する。温度が上がり続けた場合、ダイヤフラムに半径方向の張力が強まり、背圧を増大させる。最終的に、ダイヤフラムは、変形限度を超えると永久的に変形する可能性がある。温度上昇時のアイソレーション・ダイヤフラム剛性が事実上同じなのは、アイソレータが、アイソレータとほぼ同じ熱膨張率のベース部材材料上に装着されているためである。   FIG. 2 illustrates the response of the isolator system to elevated temperatures. Specifically, as the temperature increases, the diameters of both the support base member and the isolator diaphragm increase according to their respective thermal expansion coefficients. In addition, the fill liquid in close proximity to the isolator diaphragm is also exposed to elevated temperatures and expands through conductance through the thin metal diaphragm. Therefore, when the temperature rises, the diaphragm moves from the solid line 50 in the figure to the virtual line 52 in the figure. As can be appreciated, when the diaphragm is exposed to a hot process fluid, the fill fluid expands and expands the diaphragm. As a result, an increase in back pressure occurs, and as shown in the isolator stiffness graph (FIG. 3A), the back pressure moves from the first temperature to the increased second temperature. As the temperature continues to rise, radial tension on the diaphragm increases, increasing back pressure. Eventually, the diaphragm may be permanently deformed when the deformation limit is exceeded. The isolation diaphragm stiffness at elevated temperatures is practically the same because the isolator is mounted on a base member material that has approximately the same coefficient of thermal expansion as the isolator.

本発明の実施形態は、概略的に、封入液のいくらかの熱膨張が、アイソレータ・ダイヤフラムの張力の減少によって平衡されるシステムを作り出す。本システムが実施されることができる１つの方法は、アイソレーション・ダイヤフラム及び支持／ベース部材の選択を、支持／ベース部材よりも、その周縁が取り付けられるアイソレータ・ダイヤフラムのほうが高い熱膨張係数を有するようにすることである。このように、温度が上がると、アイソレーション・ダイヤフラムは、取り付けられるベース部材に対して相対的に成長する。この熱的に誘発された成長は、アイソレーション・ダイヤフラムの張力の減少を生じさせて、封入液の熱膨張を相殺する。   Embodiments of the present invention generally create a system in which some thermal expansion of the fill fluid is balanced by a reduction in isolator diaphragm tension. One way in which the system can be implemented is to select an isolation diaphragm and support / base member that has a higher coefficient of thermal expansion in the isolator diaphragm to which the periphery is attached than in the support / base member. Is to do so. Thus, as the temperature increases, the isolation diaphragm grows relative to the base member to which it is attached. This thermally induced growth causes a reduction in the tension of the isolation diaphragm and offsets the thermal expansion of the fill fluid.

図３Ａは、従来技術の、アイソレータ体積対アイソレーション・ダイヤフラム圧力のグラフである。温度が標準状態から上昇状態に変化するに従い、アイソレーション流体の体積が変化する。加えて、アイソレーション・ダイヤフラムの剛性は固定されたままである。したがって、圧力誤差６０が生じる。   FIG. 3A is a graph of prior art isolator volume versus isolation diaphragm pressure. As the temperature changes from a normal state to an elevated state, the volume of the isolation fluid changes. In addition, the stiffness of the isolation diaphragm remains fixed. Therefore, a pressure error 60 occurs.

図３Ｂは、本発明の実施形態の、アイソレータ体積対アイソレーション・ダイヤフラム圧力のグラフである。見て分かるように、図３Ａとは対照的に、温度が標準温度から上昇温度に変化するに従い、アイソレーション・ダイヤフラムの剛性が実線から仮想線に変化する。加えて、アイソレーション流体の体積が変化するに従い、アイソレーション・ダイヤフラム両側の圧力は同じままで留まるため、熱的に誘発された圧力誤差がない。したがって、適正に設計された場合、アイソレーション・ダイヤフラムは、上昇温度によってベース部材よりも早く膨張する。このことは、膨張する封入液によって強められた張力を効果的に緩和する。適正な設計によって、正味の効果は、あらゆる熱的に誘発されたアイソレーション・システム誤差を実質的に低減させるか又は取り除くことができるものになると考えられる。   FIG. 3B is a graph of isolator volume versus isolation diaphragm pressure for an embodiment of the present invention. As can be seen, in contrast to FIG. 3A, as the temperature changes from a standard temperature to an elevated temperature, the stiffness of the isolation diaphragm changes from a solid line to a virtual line. In addition, as the volume of the isolation fluid changes, the pressure on both sides of the isolation diaphragm remains the same, so there is no thermally induced pressure error. Thus, when properly designed, the isolation diaphragm expands faster than the base member due to elevated temperatures. This effectively relieves the tension strengthened by the expanding sealing liquid. With proper design, the net effect is believed to be able to substantially reduce or eliminate any thermally induced isolation system errors.

本発明の１つの実施形態では、特定の材料例が提供される。理解できるように、ベース部材材料、アイソレーション・ダイヤフラム材料、及びアイソレーション・ダイヤフラムのサイズならびに構造の選択は、多様にすることができる。本ケースでは、アイソレーション・ダイヤフラムは、タイプ３１６ステンレス鋼製である。この材料は、１７×１０−６／℃の割合で膨張する。しかし、ベース部材材料は、タイプ４００シリーズのステンレス鋼であるように選択される。ベース部材材料は、１１×１０−６／℃で膨張する。高温誤差は、現状の１０倍まで低減させることができる。本例は６×１０−６／℃の差のみを示しているが、他の用途では、熱膨張係数の間でより著しい差が必要とされる場合がある。 In one embodiment of the invention, specific material examples are provided. As can be appreciated, the choice of base member material, isolation diaphragm material, and isolation diaphragm size and structure can be varied. In this case, the isolation diaphragm is made of type 316 stainless steel. This material expands at a rate of 17 × 10 −6 / ° C. However, the base member material is selected to be type 400 series stainless steel. The base member material expands at 11 × 10 −6 / ° C. The high temperature error can be reduced to 10 times the current level. Although this example shows only a difference of 6 × 10 −6 / ° C., other applications may require a more significant difference between the coefficients of thermal expansion.

図４は、本発明の実施形態を実践することができるプロセス流体圧力測定システムの線図である。システム１００は、各自の毛管線１０８、１１０を通して一対のリモート・シール１０４、１０６に結合された、差圧プロセス流体圧力トランスミッタ１０２を含む。各リモート・シール１０４、１０６は、フランジ１１２を介してプロセス流体容器、たとえばパイプ又はタンクに装着されるように構成される。加えて、各リモート・シールは、プロセス流体に接触するように構成されたアイソレーション・ダイヤフラム１１４を含む。差圧プロセス流体圧力トランスミッタ１０２は、リモート・シール１０４、１０６のそれぞれによって観察された圧力間の圧力差を測定し、プロセス通信ループを経由してプロセス変数出力、たとえばタンク内の流体レベルを提供するように構成される。理解できるように、リモート・シール１０４、１０６がタンク上の異なる垂直レベルに装着される場合、圧力差は、流体力学の圧力の差に関連し、従ってタンク内のプロセス流体のレベルとなる。   FIG. 4 is a diagram of a process fluid pressure measurement system in which embodiments of the present invention can be practiced. The system 100 includes a differential pressure process fluid pressure transmitter 102 coupled to a pair of remote seals 104, 106 through respective capillary lines 108, 110. Each remote seal 104, 106 is configured to be attached to a process fluid container, such as a pipe or tank, via a flange 112. In addition, each remote seal includes an isolation diaphragm 114 configured to contact the process fluid. The differential pressure process fluid pressure transmitter 102 measures the pressure difference between the pressures observed by each of the remote seals 104, 106 and provides a process variable output, eg, fluid level in the tank, via a process communication loop. Configured as follows. As can be appreciated, if the remote seals 104, 106 are mounted at different vertical levels on the tank, the pressure differential is related to the hydrodynamic pressure differential and thus the level of process fluid in the tank.

図５は、図４のセクション線Ａ−Ａに沿って切られた断面図であり、アイソレーション・ダイヤフラム及びベース部材を図示している。リモート・シール１０４は、アイソレーション・ダイヤフラム１１２を取り囲むベース部材１１０を含む。好ましくは、ベース部材１１０及びアイソレーション・ダイヤフラム１１２の両方が円形である。さらに、ダイヤフラム１１２の周縁は、好ましくはベース部材１１０に溶接されている。封入液１１４は、アイソレーション・ダイヤフラム１１２の後ろに配設され、毛管１０８を通して、トランスミッタ１０２の差圧センサに圧力を伝える。本発明の実施形態では、アイソレーション・ダイヤフラム及びベース部材１１０は、異なる材料から構成され、ダイヤフラム１１２がベース部材１１０よりも高い温度で膨張するようにされる。   FIG. 5 is a cross-sectional view taken along section line AA of FIG. 4, illustrating the isolation diaphragm and base member. Remote seal 104 includes a base member 110 that surrounds an isolation diaphragm 112. Preferably, both the base member 110 and the isolation diaphragm 112 are circular. Further, the periphery of the diaphragm 112 is preferably welded to the base member 110. The fill liquid 114 is disposed behind the isolation diaphragm 112 and transmits pressure through the capillary 108 to the differential pressure sensor of the transmitter 102. In an embodiment of the present invention, the isolation diaphragm and base member 110 are composed of different materials such that the diaphragm 112 expands at a higher temperature than the base member 110.

本発明の実施形態は、アイソレーション・アセンブリの熱的に誘発された誤差を低減させるか又は取り除くことによって、さらなる正確さを提供する。しかし、本発明の実施形態はまた、より高い温度のプロセスが測定されることも可能にする（封入液が高温に対応することを前提とする）。このように、プロセス流体の温度により、信頼できる程度に監視できなかったプロセス流体圧力は、現在ではより良好に監視及び制御され得る。   Embodiments of the present invention provide additional accuracy by reducing or eliminating thermally induced errors in the isolation assembly. However, embodiments of the present invention also allow higher temperature processes to be measured (assuming that the fill liquid corresponds to high temperatures). In this way, process fluid pressures that could not be reliably monitored due to the temperature of the process fluid can now be better monitored and controlled.

本発明の実施形態は、ダイヤフラム（感知又はアイソレーション）の近くで加熱された油が、システムに望ましくないように影響する可能性がある場合にはいつでも有用である。本発明の実施形態は、全システムあるいはその一部を加熱する周囲温度の上昇が見られる場合に、システムの他の部分、たとえば毛管から膨張する流体を、少なくとも部分的に受け入れるための膨張を可能にしている。システムの残りの部分は、多くの場合アイソレータの冷えている時の高さよりも多くの封入液を保持する。   Embodiments of the present invention are useful whenever oil heated near a diaphragm (sensing or isolation) can undesirably affect the system. Embodiments of the present invention allow for expansion to at least partially receive fluid expanding from other parts of the system, such as capillaries, when an increase in ambient temperature is observed heating the entire system or a portion thereof. I have to. The rest of the system often holds more of the fill liquid than the isolator is cold.

別例として、３１６シリーズステンレス鋼で形成された直径．７５”のアイソレーション・ダイヤフラムを、４００シリーズステンレス鋼で形成されたベース部材とともに用いることができる。ＤＣ２００封入液は、初期レベル０．００８インチまで充填されることができる。このことは、およそ０．０００６２立方インチの初期アイソレータ体積をもたらす。摂氏１００度の温度上昇により、およそ０．００００６７２立方インチの体積増加を生じる。実際には、管内には油があり、センサシステムもまたアイソレータ内に膨張する必要があるが、これは油が逃げることができる唯一の場所であるためである。上記パラメータのすべてを考慮すると、計算から示されるのは、アイソレータとベース部材との間の膨張差に起因するアイソレータ体積増加は、およそ０．００１７５立方インチであるということである。したがって、本発明の実施形態は、センサ及び／又は毛管内部の油のかなり大幅な膨張を受け入れることができる。   As another example, a diameter formed of 316 series stainless steel. A 75 "isolation diaphragm can be used with a base member formed of 400 series stainless steel. The DC200 fill fluid can be filled to an initial level of 0.008 inches. Resulting in an initial isolator volume of .00062 cubic inches, a temperature increase of 100 degrees Celsius results in a volume increase of approximately 0.0000672 cubic inches, in fact, there is oil in the tube and the sensor system also expands into the isolator. This is because it is the only place where oil can escape, and considering all of the above parameters, the calculation shows that it is due to the differential expansion between the isolator and the base member. The isolator volume increase is about 0.00175 cubic inches If it is. Accordingly, embodiments of the present invention can accept a fairly significant expansion of the sensor and / or capillary internal oil.

好ましい実施形態を参照して本発明を説明してきたが、当業者においては、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、形状及び詳細に変更がなされてもよいことが認識されよう。たとえば、本開示の大半がシングル・アイソレーション・ダイヤフラムの絶対又はゲージプロセス流体圧力トランスミッタに向けられているが、本発明の実施形態は、リモート・シール、そして差圧プロセス流体圧力トランスミッタに適用可能である。   Although the present invention has been described with reference to preferred embodiments, workers skilled in the art will recognize that changes may be made in form and detail without departing from the spirit and scope of the invention. For example, although the majority of the present disclosure is directed to single isolation diaphragm absolute or gauge process fluid pressure transmitters, embodiments of the present invention are applicable to remote seals and differential pressure process fluid pressure transmitters. is there.

Claims (7)

圧力によって変化する電気的特性を有する圧力センサと、
前記圧力センサに結合され、電気的特性を感知して圧力出力を計算するトランスミッタ電子機器と、
毛管線を通じて前記圧力センサに圧力を伝えるリモート・シールとしてのアイソレーション・システムと、
を含み、
前記アイソレーション・システムが、
円形のベース部材と、
周縁部で前記ベース部材に装着され、前記圧力センサとプロセス流体との間に介在する円形のアイソレーション・ダイヤフラムと、
前記アイソレーション・ダイヤフラムと前記圧力センサとの間に配設される封入液と、
を含み、
前記アイソレーション・ダイヤフラムが、前記周縁部から内側に隣接して、前記ベース部材に向かって隆起する１つの回旋部を有し、
前記ベース部材が、前記アイソレーション・ダイヤフラムの前記回旋部を受けるように適合された窪みを有し、
前記ベース部材及び前記アイソレーション・ダイヤフラムが、異なる材料から構成され、前記アイソレーション・ダイヤフラムの熱膨張係数が、前記ベース部材の熱膨張係数よりも大きい
プロセス流体圧力トランスミッタ。 A pressure sensor having electrical characteristics that vary with pressure;
Coupled to said pressure sensor, a transmitter electronic device to calculate the pressure output by sensing electrical characteristics,
An isolation system as a remote seal that transmits pressure to the pressure sensor through a capillary wire ;
Including
The isolation system is
A circular base member;
Is attached to the base member at the periphery, a circular isolation diaphragm interposed between the pressure sensor and the process fluid,
A sealed liquid that is disposed between the pressure sensor and the isolation diaphragm,
Including
The isolation diaphragm has one convoluted portion that protrudes toward the base member adjacent to the inside from the peripheral edge;
The base member has a recess adapted to receive the convoluted portion of the isolation diaphragm;
Said base member and said isolation diaphragm is composed of different materials, the thermal expansion coefficient of the isolation diaphragm is larger process fluid pressure transmitter than the thermal expansion coefficient of the base member. 前記熱膨張係数の差が、およそ６×１０−６／℃である、請求項１記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。 The process fluid pressure transmitter of claim 1, wherein the difference in coefficient of thermal expansion is approximately 6 × 10 −6 / ° C. 前記アイソレーション・ダイヤフラムが、タイプ３１６ステンレス鋼から構成される、請求項１記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。 The process fluid pressure transmitter of claim 1, wherein the isolation diaphragm is comprised of type 316 stainless steel. 前記ベース部材が、タイプ４００ステンレス鋼から構成される、請求項３記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。 The process fluid pressure transmitter of claim 3, wherein the base member is comprised of type 400 stainless steel. 前記封入液がＤＣ２００である、請求項１記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。 The process fluid pressure transmitter of claim 1, wherein the fill liquid is DC200. 前記プロセス流体圧力トランスミッタが、絶対プロセス流体圧力トランスミッタである、請求項１記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。 The process fluid pressure transmitter of claim 1, wherein the process fluid pressure transmitter is an absolute process fluid pressure transmitter. 前記プロセス流体圧力トランスミッタが、ゲージプロセス流体圧力トランスミッタである、請求項１記載のプロセス流体圧力トランスミッタ。 The process fluid pressure transmitter of claim 1, wherein the process fluid pressure transmitter is a gauge process fluid pressure transmitter.
JP2011513574A 2008-06-12 2009-06-03 Improved isolation system for process pressure measurement Active JP5511804B2 (en)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US12/137,648 US8042401B2 (en) 2008-06-12 2008-06-12 Isolation system for process pressure measurement
US12/137,648 2008-06-12
PCT/US2009/046060 WO2009152004A1 (en) 2008-06-12 2009-06-03 Improved isolation system for process pressure measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011524015A JP2011524015A (en) 2011-08-25
JP5511804B2 true JP5511804B2 (en) 2014-06-04

Family

ID=40977885

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2011513574A Active JP5511804B2 (en) 2008-06-12 2009-06-03 Improved isolation system for process pressure measurement

Country Status (5)

Country Link
US (1) US8042401B2 (en)
EP (1) EP2304404B1 (en)
JP (1) JP5511804B2 (en)
CN (2) CN104655357B (en)
WO (1) WO2009152004A1 (en)

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ITMI20060152A1 (en) * 2006-01-30 2007-07-31 Abb Service Srl TRANSMITTER FOR THE CONTROL OF INDUSTRIAL PROCESSES
JP4986165B2 (en) * 2008-04-28 2012-07-25 国立大学法人 東京大学 Displacement converter
US9157824B2 (en) * 2012-09-28 2015-10-13 Rosemount Inc. High pressure fluid coupling
US9274018B2 (en) * 2012-09-28 2016-03-01 Rosemount Inc. Remote seal process pressure measuring system
US9513183B2 (en) * 2014-06-30 2016-12-06 Rosemount Inc. Process isolation diaphragm assembly for metal process seal
US9772246B2 (en) * 2014-09-30 2017-09-26 Rosemount Inc. Fill fluid thermal management
US9759627B2 (en) * 2014-12-19 2017-09-12 General Electric Company Pressure transmitter panel having drain/vent valves oriented to face forward
US10209154B2 (en) 2015-03-30 2019-02-19 Rosemount Inc. In-line process fluid pressure transmitter for high pressure applications
CN105352651A (en) * 2015-12-04 2016-02-24 中国原子能科学研究院 High-temperature-resistant corrosion-resistant anti-crystallization pressure and differential pressure transmitter isolation module
US10060814B2 (en) * 2016-03-15 2018-08-28 Rosemount Inc. Fluid filled elongate pressure sensor
US10094726B2 (en) * 2017-02-01 2018-10-09 Honeywell International Inc. Membrane isolated, gel-filled force sensor
CN107367350B (en) * 2017-08-17 2023-11-03 青岛科奥仪表制造有限公司 Multifunctional safety pressure gauge
JP6852631B2 (en) * 2017-09-14 2021-03-31 オムロンヘルスケア株式会社 Pressure measuring device and pressure measuring method
CN107976279A (en) * 2017-12-15 2018-05-01 北京创昱科技有限公司 A kind of vacuum measuring device
US11371899B2 (en) 2018-05-17 2022-06-28 Rosemount Inc. Measuring element with an extended permeation resistant layer
CN111141441B (en) * 2018-11-05 2021-09-07 安徽恩蔓智能科技有限公司 Pressure transmitter
EP3931542A1 (en) * 2019-02-27 2022-01-05 Kistler Holding AG Sensor
US11262771B2 (en) * 2019-09-23 2022-03-01 Rosemount Inc. High pressure capsule and header for process fluid pressure transmitter

Family Cites Families (45)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3388597A (en) * 1965-10-05 1968-06-18 Whittaker Corp Measuring and computing device and method
US3722373A (en) * 1969-06-23 1973-03-27 Sybron Corp Differential pressure responsive device of welded construction
JPS5833556Y2 (en) * 1976-12-13 1983-07-27 横河電機株式会社 Pressure capsule with temperature compensation function
JPS53133767U (en) * 1977-03-30 1978-10-23
GB1603823A (en) * 1977-05-02 1981-12-02 Kent Ltd G Differential pressure sensing device
JPS5829862B2 (en) * 1977-05-14 1983-06-25 富士電機株式会社 pressure measuring device
JPS5921497B2 (en) * 1978-11-02 1984-05-21 富士電機株式会社 pressure measuring device
JPS5666841U (en) * 1979-10-26 1981-06-03
US4382247A (en) 1980-03-06 1983-05-03 Robert Bosch Gmbh Pressure sensor
JPH043244Y2 (en) * 1985-11-29 1992-02-03
US4833922A (en) * 1987-06-01 1989-05-30 Rosemount Inc. Modular transmitter
JPH02231539A (en) * 1989-03-03 1990-09-13 Fuji Electric Co Ltd Differential pressure detecting device
US5157972A (en) * 1991-03-29 1992-10-27 Rosemount Inc. Pressure sensor with high modules support
US5287746A (en) * 1992-04-14 1994-02-22 Rosemount Inc. Modular transmitter with flame arresting header
US5438876A (en) * 1993-08-05 1995-08-08 The Foxboro Company Modular diaphragm pressure sensor with peripheral mounted electrical terminals
US5731522A (en) * 1997-03-14 1998-03-24 Rosemount Inc. Transmitter with isolation assembly for pressure sensor
JPH1194671A (en) * 1997-09-16 1999-04-09 Yokogawa Electric Corp Pressure sensor
US6038961A (en) * 1998-03-02 2000-03-21 Rosemount Inc. Flush mount remote seal
US6561038B2 (en) * 2000-01-06 2003-05-13 Rosemount Inc. Sensor with fluid isolation barrier
AU2001243213A1 (en) * 2000-03-08 2001-09-17 Rosemount, Inc. Bi-directional differential pressure flow sensor
DE10031120A1 (en) * 2000-06-30 2002-01-17 Grieshaber Vega Kg Diaphragm Seals
US6782754B1 (en) 2000-07-07 2004-08-31 Rosemount, Inc. Pressure transmitter for clean environments
JP2003042868A (en) * 2001-08-03 2003-02-13 Yokogawa Electric Corp Pressure measuring apparatus
US6807865B2 (en) 2002-02-04 2004-10-26 Dwyer Instruments, Inc. Pressure sensor with a radially tensioned metal diaphragm
US6675655B2 (en) * 2002-03-21 2004-01-13 Rosemount Inc. Pressure transmitter with process coupling
US6843133B2 (en) * 2002-06-18 2005-01-18 Rosemount, Inc. Capacitive pressure transmitter
US6782751B2 (en) * 2002-09-13 2004-08-31 Ctes, L.C. Pipe inspection systems and methods
JP2004132726A (en) * 2002-10-08 2004-04-30 Denso Corp Pressure sensor
US6843139B2 (en) * 2003-03-12 2005-01-18 Rosemount Inc. Flow instrument with multisensors
US7357032B2 (en) * 2003-05-06 2008-04-15 Vega Greishaber Kg Pressure transmitter
US6883380B2 (en) * 2003-05-16 2005-04-26 Rosemount Inc Pressure sensor capsule
US7080558B2 (en) * 2003-10-06 2006-07-25 Rosemount Inc. Process seal for process control transmitter
US7117745B2 (en) * 2004-02-09 2006-10-10 Rosemount Inc. Process seal for process control transmitter
JP2005265784A (en) 2004-03-22 2005-09-29 Noritake Co Ltd Metal diaphragm type sensor
US7258021B2 (en) * 2004-06-25 2007-08-21 Rosemount Inc. Process transmitter isolation assembly
US7373831B2 (en) * 2004-06-25 2008-05-20 Rosemount Inc. High temperature pressure transmitter assembly
US7036381B2 (en) * 2004-06-25 2006-05-02 Rosemount Inc. High temperature pressure transmitter assembly
US7401522B2 (en) * 2005-05-26 2008-07-22 Rosemount Inc. Pressure sensor using compressible sensor body
US7430917B2 (en) * 2006-04-10 2008-10-07 Rosemount Inc. Process transmitter with self sealing fill fluid system
JP5034394B2 (en) * 2006-09-13 2012-09-26 株式会社デンソー Pressure sensor
US7377176B1 (en) * 2007-03-16 2008-05-27 Rosemount Inc. Nano-particle modified fill fluid for pressure transmitters
US7591184B2 (en) * 2007-03-16 2009-09-22 Rosemount Inc. Industrial pressure sensor having enhanced dielectric fill fluid
US7454975B2 (en) * 2007-04-06 2008-11-25 Rosemount Inc. Expansion chamber for use with a pressure transmitter
US7437939B1 (en) * 2007-04-13 2008-10-21 Rosemount Inc. Pressure and mechanical sensors using titanium-based superelastic alloy
DE102007039297B3 (en) * 2007-08-20 2009-02-05 Vega Grieshaber Kg Pressure measuring device

Also Published As

Publication number Publication date
CN104655357A (en) 2015-05-27
US8042401B2 (en) 2011-10-25
EP2304404A1 (en) 2011-04-06
CN102057265A (en) 2011-05-11
EP2304404B1 (en) 2019-05-01
WO2009152004A1 (en) 2009-12-17
US20090308170A1 (en) 2009-12-17
CN104655357B (en) 2018-04-10
JP2011524015A (en) 2011-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5511804B2 (en) Improved isolation system for process pressure measurement
JP4964131B2 (en) Pressure transmitter assembly
AU2016389707C1 (en) Non-intrusive process fluid temperature calculation system
JP5492071B2 (en) Expansion chamber for pressure transmitter
EP3638998B1 (en) Pressure sensor module for high working pressure applications
RU2693732C1 (en) Pressure transmitter with overpressure protection
AU2014328696B2 (en) Multivariable process fluid transmitter for high pressure applications
JP2011503576A (en) Pressure sensor
EP3619512A1 (en) Overpressure protection system
CN107884116B (en) Temperature compensated absolute pressure sensor
RU2649042C1 (en) Corrosive resistant pressure module for process fluid pressure transducer
EP3903082A1 (en) Remote seal system with improved temperature compensation
JP3238970U (en) Improved pressure detector
JPH04248430A (en) Remote seal type differential pressure/pressure transmitter
CN217111278U (en) Polymer fluid sensor
Kiker Improvements in DP Level Measurement

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20110121

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20121009

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20121016

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130115

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20130806

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131202

A911 Transfer to examiner for re-examination before appeal (zenchi)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A911

Effective date: 20140129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140304

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140325

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 5511804

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250